KR20060070270A - Lead-angle control apparatus and method for flux weakening operation of pmsm - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영구자석형 모터(Permanent Magnet Synchronous Motor)를 약계자 영역에서 고속 제어하기 위한 진각 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 상기 장치는,The present invention relates to an advance control device and method for high speed control of a permanent magnet synchronous motor in the field weakening area, the device,

고정좌표계의 지령전압 성분으로부터 인버터의 출력전압벡터를 얻기 위해 필요한 유효벡터 인가시간(T1,T2)을 계산하는 공간전압 벡터제어기와; 상기 유효벡터 인가시간(T1,T2)의 합을 샘플링 주기(

Figure 112004060077648-PAT00001
)와 비교하고 그 결과에 따라 약계자 영역에서의 지령전류 진각 성분을 보정하기 위한 진각 보상치를 생성하는 진각 보상부와; 지령속도와 현재 속도 차에 따른 오차를 보상하기 위한 지령 전류를 생성하기 위한 속도 제어부와; 상기 지령전류의 크기로부터 단위전류당 최대 토크를 낼 수 있는 점의 진각 성분을 롬 테이블에서 추출하고 이를 상기 진각 보정치로 보정하여 얻어진 진각 성분과 상기 지령전류 크기를 연산하여 회전좌표계 지령전류 성분을 생성하기 위한 지령전류 발생부와; 상기 회전좌표계 지령전류 성분으로부터 상기 고정좌표계 지령전압 성분을 생성하기 위한 고정좌표계 지령전압 발생부;를 포함함을 특징으로 한다.A space voltage vector controller for calculating an effective vector application time (T1, T2) required to obtain an output voltage vector of the inverter from the command voltage component of the fixed coordinate system; The sum of the effective vector application time (T1, T2) is a sampling period (
Figure 112004060077648-PAT00001
An advance compensation unit for generating an advance compensation value for compensating the command current progression component in the field weakening area according to the result; A speed controller for generating a command current for compensating for an error according to the command speed and the current speed difference; Rotation coordinate command current component is generated by calculating the advance component and the command current magnitude obtained by extracting the advance component of the point capable of producing the maximum torque per unit current from the magnitude of the command current in the ROM table and correcting it with the advance correction value. A command current generating unit for performing; And a fixed coordinate system command voltage generation unit for generating the fixed coordinate system command voltage component from the rotational coordinate system command current component.

PMSM, 진각, 보정.PMSM, advance, correction.

Description

영구자석형 모터의 약계자 운전을 위한 진각 제어장치 및 그 방법{LEAD-ANGLE CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR FLUX WEAKENING OPERATION OF PMSM}Advance control device for weak field operation of permanent magnet type motor and its method {LEAD-ANGLE CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR FLUX WEAKENING OPERATION OF PMSM}

도 1은 단위전류당 최대 토크 궤선 예시도.1 is an exemplary diagram of the maximum torque line per unit current.

도 2는 공지된 진각 제어방법을 설명하기 위한 모터 제어계 구성 예시도.2 is an exemplary configuration of a motor control system for explaining a known advance control method.

도 3은 DC 전압 리플 성분을 보이기 위한 도면.3 is a diagram for showing a DC voltage ripple component.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어계의 진각 제어장치 구성도.Figure 4 is a block diagram of the advance control device of the motor control system according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어계의 진각 제어 흐름도.5 is an advancing control flowchart of a motor control system according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 영구자석형 모터(Permanent Magnet Synchronous Motor)에 관한 것으로, 특히 약계자 영역에서 속도를 제어하기 위한 진각 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a permanent magnet synchronous motor, and more particularly, to an advance control device and method for controlling speed in the field weakening area.

PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)은 높은 효율과 관성력 대비 높은 토크를 가지고 있어서 최근에 많은 산업응용분야에서 널리 이용되고 있다. 이러한 PMSM은 구조적인 특성으로 인해 높은 속도에서 일정 토크 영역(Constant Torque Region) 뿐만 아니라 일정 파워영역(Constant Power Region)에서도 제어를 할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 장점과 더불어 PMSM을 이용한 다양한 산업분야에서 정격속도 보다 더 높은 속도영역에서 운전을 요구하는 최근 추세에 따라 고정된 인버터의 출력범위 안에서 PMSM 운전영역을 높이고자 많은 제어 알고리즘이 나오게 되었다. 그중에서도 일반적으로 쓰이는 방법이 약계자 제어 알고리즘이다.Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSMs) have high efficiency and high torque to inertia, so they have been widely used in many industrial applications recently. Due to its structural characteristics, the PMSM can control not only a constant torque region but also a constant power region at a high speed. In addition to these advantages, a number of control algorithms have emerged to increase the PMSM operating range within the fixed inverter output range in accordance with the recent trend of operating in a higher speed range than the rated speed in various industries using PMSM. The most commonly used method is the weak field control algorithm.

일반적으로 모터 속도가 증가함에 따라 역기전력은 증가를 하게 되고, 증가된 역기전력은 곧 입력 전압의 일부분을 상쇄시킨다. 이에 모터에 인가되는 전류가 감소되어 PMSM의 최대속도를 제한하게 된다. 따라서 증가하는 역기전력을 억제하기 위해서는 d축 전류에 음(-)의 값을 인가해야 하는데 이것이 바로 약계자 제어의 주원리라 할 수 있다.In general, as the motor speed increases, the back EMF increases, and the increased back EMF cancels part of the input voltage. This reduces the current applied to the motor to limit the maximum speed of the PMSM. Therefore, in order to suppress the increasing back EMF, a negative value should be applied to the d-axis current, which is the main source of field weakening control.

한편 약계자 제어에서는 높은 효율을 얻기 위해 출력 전압/전류 제한 영역 안에서 단위 전류당 최대토크를 낼 수 있는 괘선을 따라 운전을 하게 된다. 그러나 이렇게 최적 괘선을 따라가도록 약계자 제어를 하게 되면 도 1에 도시한 바와 같이 전류/전압 제한 영역 안에 있는 A점에서 더 높은 속도의 B점으로는 이동을 할 수가 없어 고속운전이 불가능하다. 이에 약계자 영역에서 고속운전을 위한 새로운 속도제어방법이 소개되기에 이르렀다. 이러한 방법은 진각 보상 방법이라고도 불리운다.In field weakening control, on the other hand, in order to achieve high efficiency, operation is performed along the ruled line which can give the maximum torque per unit current in the output voltage / current limiting region. However, when the field weakening control is performed to follow the optimum ruled line, as shown in FIG. 1, it is impossible to move from the point A in the current / voltage limit region to the point B of higher speed, and thus high speed operation is impossible. Therefore, a new speed control method for high speed operation has been introduced in the field weakening area. This method is also called an advance compensation method.

이하 알려진 약계자 영역에서의 진각을 보상하기 위한 제어방법을 도 2를 참조하여 부연 설명하면,Hereinafter, a control method for compensating for an advance in a known weak field region will be described with reference to FIG. 2.

우선 알려진 약계자 영역에서의 진각 제어방법은 속도제어기(10)를 통해 지 령전류(

Figure 112004060077648-PAT00002
)의 크기를 얻은 후 단위 전류당 최대 토크를 얻을 수 있는 회전좌표계 지령전류 성분(
Figure 112004060077648-PAT00003
)를 하기 수학식 1과 2를 통해 얻는다. First, the advancing control method in the field weakening area is controlled by the command current (speed controller 10)
Figure 112004060077648-PAT00002
Command current component (rotational coordinate system that can obtain the maximum torque per unit current after
Figure 112004060077648-PAT00003
) Is obtained through the following equations (1) and (2).

Figure 112004060077648-PAT00004
Figure 112004060077648-PAT00004

Figure 112004060077648-PAT00005
Figure 112004060077648-PAT00005

상기 수학식 1과 2를 통해 얻어진 회전좌표계 지령전류 성분(

Figure 112004060077648-PAT00006
) 각각은 후단의 전압 변조부(30)내로 인가되어 두 개의 PI 제어기를 통해 회전좌표계의 지령전압 성분으로 변환되고, 다시 좌표변환부를 통해 2상 고정좌표계 지령전압(
Figure 112004060077648-PAT00007
)으로 변환된후 공간전압벡터 제어기(SVM)로 인가된다. 그러면 공간전압벡터 제어기에서는 인가되는 고정좌표계 지령전압 성분을 공간벡터 펄스폭 변조방식에 따라 변환하여 인버터(40)로 출력함으로서, 모터는 인버터(40)를 통해 인가되는 상전압에 의해 구동되기 시작한다.Rotational coordinate command current component obtained through Equations 1 and 2
Figure 112004060077648-PAT00006
Each of them is applied into the voltage modulator 30 at the rear stage and converted into the command voltage component of the rotary coordinate system through the two PI controllers, and again, the two-phase fixed coordinate system command voltage
Figure 112004060077648-PAT00007
) Is applied to the space voltage vector controller (SVM). Then, the space voltage vector controller converts the applied fixed coordinate system reference voltage component according to the space vector pulse width modulation scheme and outputs the result to the inverter 40, whereby the motor starts to be driven by the phase voltage applied through the inverter 40. .

한편 상기 좌표변환부로부터 출력되는 고정좌표계의 지령전압(

Figure 112004060077648-PAT00008
)은 전류변조부(20)측으로 피드백되어 최대 출력 제한 전압값(
Figure 112004060077648-PAT00009
)과 더해진다. 만약 전압 지령치의 크기(
Figure 112004060077648-PAT00010
)가 최대 출력 제한 전압값(
Figure 112004060077648-PAT00011
) 보 다 작다면 약계자 영역에서의 속도제어가 필요 없지만, 그 반대이면 역기전력을 상쇄시키기 위해 좀 더 큰 음(-)의 d축 전류가 필요하다.On the other hand, the command voltage of the fixed coordinate system output from the coordinate conversion unit (
Figure 112004060077648-PAT00008
) Is fed back to the current modulator 20 so that the maximum output limit voltage value (
Figure 112004060077648-PAT00009
Is added). If the magnitude of the voltage setpoint is
Figure 112004060077648-PAT00010
) Is the maximum output limit voltage value (
Figure 112004060077648-PAT00011
If smaller, speed control in the field weakening area is not required, but vice versa, a larger negative d-axis current is required to cancel back EMF.

따라서 종래의 진각 제어방법에서는 상기 전압 지령치(

Figure 112004060077648-PAT00012
)가 전압 제한값을 초과할 때 그 오차분을 비례적분하여 발생된 음(-)의 d축 전류(
Figure 112004060077648-PAT00013
)를 상기 d축 전류 지령치에 가산하여 줌으로서 역기전력을 억제하고, 가산해준 d축 전류 만큼 q축의 전류 지령치를 보상해 주는 방식으로 고속의 속도제어를 수행하고 있다.Therefore, in the conventional advance control method, the voltage command value (
Figure 112004060077648-PAT00012
When negative voltage exceeds the voltage limit, negative d-axis current (
Figure 112004060077648-PAT00013
) Is added to the d-axis current command value to suppress counter electromotive force, and high speed control is performed by compensating the q-axis current command value by the added d-axis current.

이상에서 설명한 바와 같이 이미 알려진 방법에서는 약계자 영역에서의 진각(속도)제어에 DC 링크 전압을 이용하기 때문에 약계자 영역에서의 속도제어 성능은 DC 링크 전압에 의존적일 수 밖에 없다. 그러나 일반적인 DC 링크 전압에는 도 3에 도시한 바와 같이 리플 성분이 포함되어 있기 때문에, 결과적으로 잘못된 d축 전류(

Figure 112004060077648-PAT00014
) 보상으로 인해 속도제어가 부정확하게 이루어지는 문제가 발생한다. 이는 곧 시스템의 안정성과 신뢰도를 저하시키는 원인으로 작용한다.As described above, in the known method, since the DC link voltage is used for the advance (speed) control in the field weakening area, the speed control performance in the field weakening area is inevitably dependent on the DC link voltage. However, since the typical DC link voltage includes a ripple component as shown in FIG.
Figure 112004060077648-PAT00014
) Compensation causes a problem of incorrect speed control. This causes a decrease in the stability and reliability of the system.

이에 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, DC 링크 전압과는 상관 없이 약계자 영역에서 보다 정확하게 고속 제어를 수행할 수 있는 영구자석형 모터 제어계의 진각 제어방법 및 그 장치를 제공함에 있으며,Accordingly, an object of the present invention was devised to solve the above-described problem, and a method and apparatus for advancing a permanent magnet motor control system capable of performing high-speed control more accurately in the field weakening region regardless of a DC link voltage are provided. In the offer,

더 나아가 간단한 구성만으로 약계자 영역에서 고속 제어를 수행할 수 있는 영구자석형 모터 제어계의 진각 제어장치 및 방법을 제공함을 또 다른 목적으로 한 다.Furthermore, another object of the present invention is to provide an advance control device and method for a permanent magnet type motor control system capable of performing high-speed control in the field weakening area with a simple configuration.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 진각 제어방법은 고정좌표계 지령전압(

Figure 112004060077648-PAT00015
) 성분으로부터 인버터의 출력전압벡터를 얻기 위해 필요한 유효벡터 인가시간(T1,T2)을 계산하는 공간전압벡터(SVM) 제어기와, 약계자 영역에서 단위전류당 최대 토크를 낼 수 있는 점들의 진각(
Figure 112004060077648-PAT00016
) 성분을 매핑시켜 놓은 롬 테이블을 포함하는 모터 제어계에서 실행 가능한 방법으로서,Advancement control method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a fixed coordinate system command voltage (
Figure 112004060077648-PAT00015
Space voltage vector (SVM) controller that calculates the effective vector application time (T1, T2) required to obtain the output voltage vector of the inverter from the components, and the advance of the points that can produce the maximum torque per unit current in the field weakening area.
Figure 112004060077648-PAT00016
A method that can be executed in a motor control system including a ROM table to which components are mapped.

상기 유효벡터 인가시간(T1,T2)의 합과 샘플링 주기(

Figure 112004060077648-PAT00017
)의 차로부터 약계자 영역에서의 지령전류 진각 성분을 보정하기 위한 진각 보상치(
Figure 112004060077648-PAT00018
)를 계산하는 단계와;The sum of the effective vector application time (T1, T2) and the sampling period (
Figure 112004060077648-PAT00017
Advance compensation value for correcting the command current advance component in the field weakening region from the difference of
Figure 112004060077648-PAT00018
Calculating c);

지령속도(

Figure 112004060077648-PAT00019
)와 현재 속도(
Figure 112004060077648-PAT00020
) 차에 따른 오차를 보상하기 위한 지령 전류(
Figure 112004060077648-PAT00021
) 크기에 대응하는 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00022
)을 상기 롬 테이블에서 추출하는 단계와;Command speed (
Figure 112004060077648-PAT00019
) And current speed (
Figure 112004060077648-PAT00020
Command current to compensate for the difference
Figure 112004060077648-PAT00021
A true component corresponding to the size (
Figure 112004060077648-PAT00022
Extract) from the ROM table;

상기 추출된 진각 성분(

Figure 112004060077648-PAT00023
)을 상기 진각 보상치(
Figure 112004060077648-PAT00024
)에 가산하여 진각 성분을 보정하는 단계와,The extracted true ingredient (
Figure 112004060077648-PAT00023
To the advance compensation value (
Figure 112004060077648-PAT00024
Correcting the advance component by adding

보정된 진각 성분(

Figure 112004060077648-PAT00025
)과 상기 지령전류() 크기를 삼각함수 연산하여 상기 고정좌표계 지령전압 성분(
Figure 112004060077648-PAT00027
)을 생성하기 위해 필요한 회전좌표계 지령전류 성분(
Figure 112004060077648-PAT00028
)을 생성하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.Corrected progressive component (
Figure 112004060077648-PAT00025
) And the command current ( ) The fixed coordinate system reference voltage component (
Figure 112004060077648-PAT00027
Rotational coordinate command current component (
Figure 112004060077648-PAT00028
Generating a).

더 나아가 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 제어계의 진각 제어장치는,Furthermore, the advance control device of the motor control system according to another embodiment of the present invention,

고정좌표계의 지령전압 성분(

Figure 112004060077648-PAT00029
)으로부터 인버터의 출력전압벡터를 얻기 위해 필요한 유효벡터 인가시간(T1,T2)을 계산하는 공간전압 벡터제어기와;Command voltage component of fixed coordinate system
Figure 112004060077648-PAT00029
A space voltage vector controller for calculating an effective vector application time (T1, T2) necessary to obtain an output voltage vector of the inverter from

상기 유효벡터 인가시간(T1,T2)의 합을 샘플링 주기(

Figure 112004060077648-PAT00030
)와 비교하고 그 결과에 따라 약계자 영역에서의 지령전류 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00031
)을 보정하기 위한 진각 보상치(
Figure 112004060077648-PAT00032
)를 생성하는 진각 보상부와;The sum of the effective vector application time (T1, T2) is a sampling period (
Figure 112004060077648-PAT00030
) And the command current advance component in the field weakening region (
Figure 112004060077648-PAT00031
Advance compensation value () to correct
Figure 112004060077648-PAT00032
Advance compensation unit for generating a);

지령속도(

Figure 112004060077648-PAT00033
)와 현재 속도(
Figure 112004060077648-PAT00034
) 차에 따른 오차를 보상하기 위한 지령 전류(
Figure 112004060077648-PAT00035
)를 생성하기 위한 속도 제어부와;Command speed (
Figure 112004060077648-PAT00033
) And current speed (
Figure 112004060077648-PAT00034
Command current to compensate for the difference
Figure 112004060077648-PAT00035
A speed controller for generating a);

상기 지령전류(

Figure 112004060077648-PAT00036
)의 크기로부터 단위전류당 최대 토크를 낼 수 있는 점의 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00037
)을 롬 테이블에서 추출하고 이를 상기 진각 보상치(
Figure 112004060077648-PAT00038
)로 보정하여 얻어진 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00039
)과 상기 지령전류(
Figure 112004060077648-PAT00040
) 크기를 연산하여 회전좌표계 지령전류 성분(
Figure 112004060077648-PAT00041
)을 생성하기 위한 지령전류 발생부와;The command current (
Figure 112004060077648-PAT00036
Advance component of the point that can produce the maximum torque per unit current from the size of
Figure 112004060077648-PAT00037
) Is extracted from the ROM table and the advance compensation value (
Figure 112004060077648-PAT00038
Advance component (corrected by)
Figure 112004060077648-PAT00039
) And the command current (
Figure 112004060077648-PAT00040
) Rotational coordinate command current component
Figure 112004060077648-PAT00041
A command current generator for generating a);

상기 회전좌표계 지령전류 성분(

Figure 112004060077648-PAT00042
)으로부터 상기 고정좌표계 지령전압 성분(
Figure 112004060077648-PAT00043
)을 생성하기 위한 고정좌표계 지령전압 발생부;를 포함함을 특징으로 한다.The rotational coordinate system command current component (
Figure 112004060077648-PAT00042
From the fixed coordinate system reference voltage component
Figure 112004060077648-PAT00043
And a fixed coordinate system command voltage generator for generating a).

상술한 구성에 따르면, 본 발명은 DC 전압이 아닌 지령전류의 진각 성분 보정을 통해 약계자 영역에서의 속도제어를 수행하므로, DC전압 리플로 인해 야기되었던 속도제어의 오차를 해결할 수 있어 시스템 성능 및 안정성을 확보할 수 있게 되는 것이다.According to the above-described configuration, the present invention performs the speed control in the field weakening region by correcting the advancing component of the command current rather than the DC voltage, so that the error of the speed control caused by the DC voltage reflow can be solved. It will be able to secure stability.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

우선 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어계의 진각 제어장치 구성도를 도시한 것이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어계의 진각 제어 흐름도를 도시한 것이다.First, FIG. 4 is a block diagram of an advance control apparatus of a motor control system according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a flowchart illustrating an advance control of a motor control system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 진각 제어장치는 속도 제어부(100), 지령전류 발생부(200), 지령전압 발생부(300), 공간전압벡터 제어기(400) 및 진각 보상부(600)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the advance control device according to the embodiment of the present invention includes the speed control unit 100, the command current generator 200, the command voltage generator 300, the space voltage vector controller 400, and the advance compensation. The unit 600 is included.

상기 속도 제어부(100)는 일반 모터 제어계에서와 같이 지령속도(

Figure 112004060077648-PAT00044
)와 현재 속도(
Figure 112004060077648-PAT00045
) 차에 따른 오차를 보상하기 위한 지령 전류(
Figure 112004060077648-PAT00046
)를 PI 제어기(102)를 통해 생성 출력한다.The speed control unit 100 has a command speed (as in the general motor control system).
Figure 112004060077648-PAT00044
) And current speed (
Figure 112004060077648-PAT00045
Command current to compensate for the difference
Figure 112004060077648-PAT00046
) Is generated and output through the PI controller 102.

상기 속도 제어부(100) 후단에 위치하는 지령전류 발생부(200)는 상기 지령전류(

Figure 112004060077648-PAT00047
)의 크기로부터 단위전류당 최대 토크를 낼 수 있는 점의 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00048
) 을 내부 롬 테이블(202)에서 추출한다. 그리고 추출된 진각성분(
Figure 112004060077648-PAT00049
)을 후술하는 진각 보상부(600)에서 인가되는 진각 보상치(
Figure 112004060077648-PAT00050
)로 보정하며, 보정된 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00051
)과 상기 지령전류(
Figure 112004060077648-PAT00052
) 크기를 삼각함수 연산하여 회전좌표계 지령전류 성분(
Figure 112004060077648-PAT00053
)을 생성 출력한다. 참고적으로 상기 롬 테이블(202)에는 도 1에 도시한 바와 같은 약계자 영역에서 단위전류당 최대 토크를 낼 수 있는 점들의 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00054
)이 매핑되어 저장되며, 상기 점들은 각각 지령전류의 크기에 대응한다.The command current generating unit 200 located at the rear end of the speed control unit 100 may include the command current (
Figure 112004060077648-PAT00047
Advance component of the point that can produce the maximum torque per unit current from the size of
Figure 112004060077648-PAT00048
) Is extracted from the internal ROM table 202. And extracted true components (
Figure 112004060077648-PAT00049
Advance compensation value applied by the advance compensation unit 600 to be described later (
Figure 112004060077648-PAT00050
), And the corrected progressive component (
Figure 112004060077648-PAT00051
) And the command current (
Figure 112004060077648-PAT00052
) Rotational coordinate command current component
Figure 112004060077648-PAT00053
) For reference, the ROM table 202 includes an advance component of points capable of generating a maximum torque per unit current in the field weakening region as shown in FIG. 1.
Figure 112004060077648-PAT00054
) Are mapped and stored, and each of the points corresponds to the magnitude of the command current.

한편 지령전압 발생부(300)는 상기 지령전류 발생부(200)로부터 출력되는 회전좌표계 지령전류 성분(

Figure 112004060077648-PAT00055
)으로부터 상기 고정좌표계 지령전압 성분(
Figure 112004060077648-PAT00056
)을 생성하여 출력한다. 이러한 지령전압 발생부(300)는 이미 공지된 바와 같이 상기 상기 회전좌표계 지령전류 성분(
Figure 112004060077648-PAT00057
) 각각과 실제 회전좌표계 전류 성분(
Figure 112004060077648-PAT00058
)과의 차를 구하기 위한 가산기(302,304)와, 각 오차를 비례적분하기 위한 PI제어기(306,308) 및 그들 PI 제어기(306,308)로부터 얻어진 회전좌표계 지령전압(
Figure 112004060077648-PAT00059
)을 고정좌표계의 지령전압 성분(
Figure 112004060077648-PAT00060
)을 변환하기 위한 좌표변환부(310)를 포함한다.On the other hand, the command voltage generator 300 is a rotational coordinate system command current component (outputted from the command current generator 200) (
Figure 112004060077648-PAT00055
From the fixed coordinate system reference voltage component
Figure 112004060077648-PAT00056
Create and print The command voltage generation unit 300 is a known current component of the rotary coordinate system as already known (
Figure 112004060077648-PAT00057
) And the actual rotating coordinate current component (
Figure 112004060077648-PAT00058
Adders 302 and 304 for obtaining the difference between the < RTI ID = 0.0 >)< / RTI >
Figure 112004060077648-PAT00059
) The command voltage component of the fixed coordinate system (
Figure 112004060077648-PAT00060
It includes a coordinate transformation unit 310 for converting.

그리고 상기 지령전압 발생부(300) 후단의 공간전압벡터(SVM) 제어기(400)는 상기 고정좌표계의 지령전압 성분(

Figure 112004060077648-PAT00061
)으로부터 인버터(500)의 출력전압벡터를 얻기 위해 필요한 유효벡터 인가시간(T1,T2)을 계산한후 이들을 조합하여 인버터(500) 각 스위칭 소자에 실제 인가하기 위한 스위칭 시간(
Figure 112004060077648-PAT00062
)을 연산하여 출력하는 역할을 수행한다. 이러한 공간전압벡터 제어기(400)의 구성 역시 영구자석(PMSM)형 모터를 구동하기 위한 일반 구성이기에 그에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.In addition, the space voltage vector (SVM) controller 400 at the rear end of the command voltage generator 300 may generate a command voltage component of the fixed coordinate system.
Figure 112004060077648-PAT00061
Calculate the effective vector application time (T1, T2) required to obtain the output voltage vector of the inverter 500 from the combination and then combine them and the switching time (actually applied to each switching element of the inverter 500)
Figure 112004060077648-PAT00062
) To calculate and output Since the configuration of the space voltage vector controller 400 is also a general configuration for driving a permanent magnet (PMSM) type motor, a detailed description thereof will be omitted.

마지막으로 진각 보상부(600)는 매 샘플링 주기(

Figure 112004060077648-PAT00063
)마다 상기 공간전압벡터 제어기(400)에서 계산된 유효벡터 인가시간(T1,T2)을 입력받아 이들의 합을 샘플링 주기(
Figure 112004060077648-PAT00064
)와 비교하고, 그 결과에 따라 약계자 영역에서의 지령전류 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00065
)을 보정하기 위한 진각 보상치(
Figure 112004060077648-PAT00066
)를 생성하여 상기 지령전류 발생부(200)내의 가산기로 인가하여 준다.Finally, the advance compensation unit 600 performs every sampling period (
Figure 112004060077648-PAT00063
) Is input to the effective vector application time (T1, T2) calculated by the spatial voltage vector controller 400, and the sum of these is performed in the sampling period (
Figure 112004060077648-PAT00064
), And the command current advance component in the field weakening region (
Figure 112004060077648-PAT00065
Advance compensation value () to correct
Figure 112004060077648-PAT00066
) Is applied to the adder in the command current generator 200.

이러한 진각 보상부(600)는 상기 유효벡터 인가시간(T1,T2)의 합을 얻기 위한 가산기(610)와, 상기 유효벡터 인가시간의 합(T1+T2)과 샘플링 주기(

Figure 112004060077648-PAT00067
)의 차를 구하기 위한 감산기(612) 및; 상기 감산기(612)에 의해 구해진 오차를 비례적분하여 약계자 영역에서의 지령전류 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00068
)을 보정하기 위한 진각 보상치(
Figure 112004060077648-PAT00069
)를 생성하는 PI 제어기(616)를 포함한다. 참고적으로 상기 PI 제어기(616)는 상기 감산기(612)의 출력을 비례적분하여 출력하되 그 값이 308에 도시한 바와 같은 범위내의 값을 가지도록, 즉 진각 보상치(
Figure 112004060077648-PAT00070
)가 상한 제한치 범위내의 값을 가지되 만약 비례적분된 값이 음(-)이면 "0"의 값으로 클리어 출력되도록 게인 조절되는 것이 바람직할 것이다.The advance compensation unit 600 includes an adder 610 for obtaining the sum of the effective vector applying time T1 and T2, the sum of the valid vector applying time (T1 + T2) and the sampling period (
Figure 112004060077648-PAT00067
A subtractor 612 for obtaining a difference of? The proportional integral of the error obtained by the subtractor 612 is used to increase the command current advance component in the field weakening region (
Figure 112004060077648-PAT00068
Advance compensation value () to correct
Figure 112004060077648-PAT00069
A PI controller 616 that generates For reference, the PI controller 616 proportionally integrates and outputs the output of the subtractor 612 so that the value has a value within the range as shown in 308, that is, the advance compensation value (
Figure 112004060077648-PAT00070
) Has a value within the upper limit range, but if the proportionally integrated value is negative, the gain may be adjusted to be cleared to a value of "0".

이하 상술한 구성을 가지는 진각 제어장치의 동작을 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. 하기에서 설명될 진각 제어장치의 각 부는 하나의 제어모듈로 코딩 처리되어 하나의 진각 제어 알고리즘으로 구현될 수 있음은 자명하다 할 것이다.Hereinafter, the operation of the advance control device having the above-described configuration will be described with reference to FIG. 5. It will be apparent that each part of the advance control device to be described below may be coded with one control module and implemented with one advance control algorithm.

도 5를 참조하면, 우선 영구자석형 모터(PMSM)가 구동중이라고 가정하면 속도 제어부(100)에서는 지령속도(

Figure 112004060077648-PAT00071
)와 현재 속도(
Figure 112004060077648-PAT00072
) 차에 따른 오차를 보상하기 위한 지령 전류(
Figure 112004060077648-PAT00073
)가 계산(700단계)되어 출력된다. 이러한 지령전류(
Figure 112004060077648-PAT00074
)는 지령전류 발생부(200)로 인가됨으로서, 지령전류 발생부(200)에서는 상기 지령 전류(
Figure 112004060077648-PAT00075
) 크기에 대응하는 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00076
)이 롬 테이블(202)로부터 추출(710단계)될 수 있다. 만약 공간전압벡터 제어기(400)의 샘플링 주기(
Figure 112004060077648-PAT00077
)가 출력전압벡터를 얻기 위한 유효벡터 인가시간(T1,T2)의 합 보다 크다면 약계자 제어가 필요 없기 때문에 진각 보상부(600)로부터 인가되는 진각 보상치(
Figure 112004060077648-PAT00078
)는 "0"의 값을 가지게 된다. 따라서 지령전류 발생부(200)는 롬 테이블(202)로부터 출력되는 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00079
)과 상기 지령전류(
Figure 112004060077648-PAT00080
) 크기를 삼각함수 연산(730단계)하여 회전좌표계 지령전류 성분(
Figure 112004060077648-PAT00081
)을 생성하여 출력하게 되는 것이다. 그리고 상기 회전좌표계 지령전류 성분(
Figure 112004060077648-PAT00082
)은 지령전압 발생부(300)를 통해 고정좌표계 지령전압(
Figure 112004060077648-PAT00083
) 성분으로 계산(740단계)되어 공간전압벡터 제어기(400)로 인가된다.Referring to FIG. 5, assuming that the permanent magnet motor PMSM is being driven, the speed controller 100 may provide a command speed (
Figure 112004060077648-PAT00071
) And current speed (
Figure 112004060077648-PAT00072
Command current to compensate for the difference
Figure 112004060077648-PAT00073
) Is calculated (step 700) and output. These command currents
Figure 112004060077648-PAT00074
) Is applied to the command current generating unit 200, the command current generating unit 200 in the command current (
Figure 112004060077648-PAT00075
A true component corresponding to the size (
Figure 112004060077648-PAT00076
) May be extracted from the ROM table 202 (step 710). If the sampling period of the space voltage vector controller 400 (
Figure 112004060077648-PAT00077
) Is greater than the sum of the effective vector application time (T1, T2) to obtain the output voltage vector, since the field weakening control is not necessary, the advance compensation value applied from the advance compensation unit 600
Figure 112004060077648-PAT00078
) Has a value of "0". Therefore, the command current generating unit 200 is a progressive component (output from the ROM table 202)
Figure 112004060077648-PAT00079
) And the command current (
Figure 112004060077648-PAT00080
) Calculate the trigonometric function (step 730) to determine the command current component
Figure 112004060077648-PAT00081
Will be generated and printed. And the rotational coordinate system command current component (
Figure 112004060077648-PAT00082
) Is a fixed coordinate system reference voltage through the command voltage generator 300 (
Figure 112004060077648-PAT00083
) Is calculated in step 740 and applied to the space voltage vector controller 400.

한편 공간전압벡터 제어기(400)에서는 상기 고정좌표계 지령전압(

Figure 112004060077648-PAT00084
) 성 분으로부터 인버터(500)의 출력전압벡터를 얻기 위해 필요한 유효벡터 인가시간(T1,T2)을 우선 계산(750단계)한후, 이들을 조합하여 인버터(500) 각 스위칭 소자에 실제 인가하기 위한 스위칭 시간(
Figure 112004060077648-PAT00085
)을 연산하여 출력함으로서 영구자석형 모터는 지령속도로 회전하게 된다.In the space voltage vector controller 400, the fixed coordinate system reference voltage (
Figure 112004060077648-PAT00084
First, the effective vector application time (T1, T2) required to obtain the output voltage vector of the inverter 500 from the component is first calculated (step 750), and then the combinations are combined to actually apply to each switching element of the inverter 500. time(
Figure 112004060077648-PAT00085
By calculating) and outputting, the permanent magnet motor rotates at the commanded speed.

만약 상기 공간전압벡터 제어기(400)에서 계산된 유효벡터 인가 시간들(T1,T2)의 합이 샘플링 주기(

Figure 112004060077648-PAT00086
)를 초과한다면 지령속도에 도달하기 위한 지령전압이 역기전력에 의해 상쇄되어 부족한 것을 의미하므로 상기 역기전력을 상쇄시키기 위한 음(-)의 d축 전류를 발생시켜야 한다. 이러한 역할을 본 발명의 진각 보상부(600)가 수행한다.If the sum of the effective vector application times T1 and T2 calculated by the spatial voltage vector controller 400 is a sampling period (
Figure 112004060077648-PAT00086
If () is exceeded, it means that the command voltage for reaching the command speed is insufficient due to the counter electromotive force and is insufficient. Therefore, a negative d-axis current must be generated to cancel the counter electromotive force. This role is performed by the advance compensation unit 600 of the present invention.

즉, 진각 보상부(600)의 PI 제어기(616)에서는 상기 유효벡터 인가 시간들(T1,T2)의 합과 샘플링 주기(

Figure 112004060077648-PAT00087
)의 차(760단계)를 비례적분하여 약계자 영역에서의 지령전류 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00088
)을 보정하기 위한 진각 보상치(
Figure 112004060077648-PAT00089
)를 계산(770단계)한다. 이때 계산된 진각 보상치(
Figure 112004060077648-PAT00090
)는 상하한 리미트(780)에 의해 "0"이상의 값을 가지되 상한 제한치 내의 값을 가진다. 이러한 진각 보상치(
Figure 112004060077648-PAT00091
)는 추후 지령전류 발생부(200)내의 가산기로 인가됨으로서 상기 지령전류(
Figure 112004060077648-PAT00092
) 크기에 대응하는 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00093
)과 가산(720단계)됨으로서, 결과적으로는 지령전류(
Figure 112004060077648-PAT00094
) 크기에 대응하는 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00095
)을 보정한 효과를 얻게 된다.That is, in the PI controller 616 of the advance compensation unit 600, the sum of the effective vector application times T1 and T2 and the sampling period (
Figure 112004060077648-PAT00087
Command proportional component in the field weakening region by proportionally integrating the difference
Figure 112004060077648-PAT00088
Advance compensation value () to correct
Figure 112004060077648-PAT00089
) Is calculated (step 770). The advance compensation calculated at this time (
Figure 112004060077648-PAT00090
) Has a value greater than or equal to "0" by the upper and lower limit 780, but has a value within the upper limit. This advance compensation
Figure 112004060077648-PAT00091
) Is later applied to the adder in the command current generator 200 so that the command current (
Figure 112004060077648-PAT00092
A true component corresponding to the size (
Figure 112004060077648-PAT00093
) Is added (720 steps), and as a result, the command current (
Figure 112004060077648-PAT00094
A true component corresponding to the size (
Figure 112004060077648-PAT00095
) To get the effect of correcting.

이와 같이 지령전류(

Figure 112004060077648-PAT00096
) 크기에 대응하는 진각 성분(
Figure 112004060077648-PAT00097
)이 새로운 진각 보 상치(
Figure 112004060077648-PAT00098
)에 의해 보정되면, 결과적으로 도 1에서와 같이 음(-)의 d축 전류가 증가(상대적으로 q축 전류성분은 감소)된 결과를 얻을 수 있다.In this way, the command current (
Figure 112004060077648-PAT00096
A true component corresponding to the size (
Figure 112004060077648-PAT00097
) This new progressive compensation device (
Figure 112004060077648-PAT00098
As a result, as shown in FIG. 1, a negative d-axis current is increased (relatively, q-axis current component is decreased).

따라서 본 발명은 DC 링크 전압에 관계 없이 약계자 영역에서도 고속제어가 가능하게 되는 것이다.Therefore, the present invention enables high speed control even in the field weakening region regardless of the DC link voltage.

상술한 바와 같이 본 발명은 DC 링크 전압이 아닌 지령전류의 진각 성분 보정을 통해 약계자 영역에서의 속도제어를 수행하므로, DC전압 리플로 인해 야기되었던 속도제어의 오차를 제거할 수 있어 시스템 성능 및 안정성을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention performs the speed control in the field weakening region by correcting the advancing component of the command current rather than the DC link voltage, thereby eliminating the error of the speed control caused by the DC voltage reflow. Stability can be improved.

더 나아가 본 발명은 서두에서 언급한 종전의 시스템에 비해 간단한 구성만으로 회전좌표계 지령전류 성분을 얻을 수 있음은 물론, 간단한 연산식만으로도 역기전력을 상쇄시키기 보상치를 계산해 낼 수 있는 장점이 있다. 이는 곧 모터 제어계의 설계 및 구성을 단순화시키는 실익을 가져다 줄 것이다.Furthermore, the present invention has the advantage that it is possible to calculate the compensation value to cancel the counter electromotive force with a simple calculation, as well as to obtain the rotational coordinate system command current component with a simple configuration compared to the conventional system mentioned at the beginning. This will soon bring the benefit of simplifying the design and configuration of the motor control system.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.On the other hand, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined only by the appended claims.

Claims (7)

고정좌표계 지령전압성분으로부터 인버터의 출력전압벡터를 얻기 위해 필요한 유효벡터 인가시간(T1,T2)을 계산하는 공간전압벡터(SVM) 제어기와, 약계자 영역에서 단위전류당 최대 토크를 낼 수 있는 점들의 진각 성분을 매핑시켜 놓은 롬 테이블을 포함하는 모터 제어계에 있어서,A space voltage vector (SVM) controller that calculates the effective vector application time (T1, T2) required to obtain the output voltage vector of the inverter from the fixed voltage reference voltage component, and the maximum torque per unit current in the field weakening area. In a motor control system including a ROM table that maps the advancing components of the field, 상기 유효벡터 인가시간(T1,T2)의 합과 샘플링 주기(
Figure 112004060077648-PAT00099
)의 차로부터 약계자 영역에서의 지령전류 진각 성분을 보정하기 위한 진각 보상치를 계산하는 단계와;The sum of the effective vector application time (T1, T2) and the sampling period (
Figure 112004060077648-PAT00099
Calculating an advance compensation value for correcting the command current advance component in the field weakening area from the difference of? 지령 전류의 크기에 대응하는 진각 성분을 상기 롬 테이블에서 추출하는 단계와;Extracting an advance component corresponding to the magnitude of the command current from the ROM table; 상기 추출된 진각 성분을 상기 진각 보상치에 가산하여 진각 성분을 보정하는 단계와,Correcting the advance component by adding the extracted advance component to the advance compensation value; 보정된 진각 성분과 상기 지령전류 크기를 삼각함수 연산하여 상기 고정좌표계 지령전압 성분을 생성하기 위해 필요한 회전좌표계 지령전류 성분을 생성하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 모터 제어계의 진각 제어방법.And generating a rotational coordinate system reference current component necessary to generate the fixed coordinate system reference voltage component by triangulating a corrected advance component and the command current magnitude. 3. 청구항 1에 있어서, 상기 진각 보상치는 상기 유효벡터 인가시간의 합(T1+T2)과 샘플링 주기(
Figure 112004060077648-PAT00100
)의 차를 비례 적분하여 산출되되, 제로 이상의 값을 가짐을 특징으로 하는 모터 제어계의 진각 제어방법.The method of claim 1, wherein the advance compensation value is the sum of the effective vector application time (T1 + T2) and the sampling period (
Figure 112004060077648-PAT00100
Calculated by proportional integration of the difference of), and has a zero or more value advance control method of a motor control system. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 진각 보상치는 상한 제한치를 가짐을 특징으로 하는 모터 제어계의 진각 제어방법.The method of claim 1 or 2, wherein the advance compensation value has an upper limit. 고정좌표계의 지령전압 성분으로부터 인버터의 출력전압벡터를 얻기 위해 필요한 유효벡터 인가시간(T1,T2)을 계산하는 공간전압 벡터제어기와;A space voltage vector controller for calculating an effective vector application time (T1, T2) required to obtain an output voltage vector of the inverter from the command voltage component of the fixed coordinate system; 상기 유효벡터 인가시간(T1,T2)의 합을 샘플링 주기(
Figure 112004060077648-PAT00101
)와 비교하고 그 결과에 따라 약계자 영역에서의 지령전류 진각 성분을 보정하기 위한 진각 보상치를 생성하는 진각 보상부와;The sum of the effective vector application time (T1, T2) is a sampling period (
Figure 112004060077648-PAT00101
An advance compensation unit for generating an advance compensation value for compensating the command current progression component in the field weakening area according to the result; 지령속도와 현재 속도 차에 따른 오차를 보상하기 위한 지령 전류를 생성하기 위한 속도 제어부와;A speed controller for generating a command current for compensating for an error according to the command speed and the current speed difference; 상기 지령전류의 크기로부터 단위전류당 최대 토크를 낼 수 있는 점의 진각 성분을 롬 테이블에서 추출하고 이를 상기 진각 보정치로 보정하여 얻어진 진각 성분과 상기 지령전류 크기를 연산하여 회전좌표계 지령전류 성분을 생성하기 위한 지령전류 발생부와;Rotation coordinate command current component is generated by calculating the advance component and the command current magnitude obtained by extracting the advance component of the point capable of generating the maximum torque per unit current from the magnitude of the command current in the ROM table and correcting it with the advance correction value. A command current generating unit for performing; 상기 회전좌표계 지령전류 성분으로부터 상기 고정좌표계 지령전압 성분을 생성하기 위한 고정좌표계 지령전압 발생부;를 포함함을 특징으로 하는 영구자석형 모터 제어계의 진각 제어장치.And a fixed coordinate system command voltage generator for generating the fixed coordinate system command voltage component from the rotational coordinate system command current component. 청구항 4에 있어서, 상기 진각 보상부는,The method of claim 4, wherein the advance compensation unit, 상기 유효벡터 인가시간의 합(T1+T2)과 샘플링 주기(
Figure 112004060077648-PAT00102
)의 차를 구하기 위한 감산기와;The sum of the effective vector application time (T1 + T2) and the sampling period (
Figure 112004060077648-PAT00102
A subtractor for obtaining a difference of); 상기 감산기에 의해 구해진 오차를 비례적분하여 약계자 영역에서의 지령전류 진각 성분을 보정하기 위한 진각 보상치를 생성하는 PI 제어기;를 포함함을 특징으로 하는 영구자석형 모터 제어계의 진각 제어장치.And a PI controller for generating an advance compensation value for correcting the command current progression component in the field weakening area by proportionally integrating the error obtained by the subtractor. 청구항 5에 있어서, 상기 진각 보상부는 상기 감산기의 출력을 비례 적분하여 출력하되 그 값이 음(-)이면 "0"의 값으로 클리어 출력함을 특징으로 하는 영구자석형 모터 제어계의 진각 제어장치.The apparatus of claim 5, wherein the advance compensation unit proportionally integrates the output of the subtractor and outputs the output of the subtractor in proportion to a negative value. 청구항 5에 있어서, 상기 진각 보상부는 상기 감산기의 출력을 비례 적분하여 출력하되 그 값을 상한 제한치내의 값으로 제한함을 특징으로 하는 영구자석형 모터 제어계의 진각 제어장치.The apparatus of claim 5, wherein the advance compensation unit proportionally integrates and outputs the output of the subtractor, and limits the value to a value within an upper limit value.
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